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各種ルータに対応する P2P 通信環境に関する研究

各種ルータに対応する P2P 通信環境に関する研究. 学籍番号 200511206 情報科学主専攻 鈴木良平 指導教員　　　 朴泰祐. 背景と目的. P2P 環境上での， Volunteer Computing に関する研究が盛んに行われている 多数の遊休状態の PC を P2P 環境上で接続して，分散コンピューティングに利用 例 :BOINC 家庭や企業に散在している PC は NAT やファイア ウォールによって守られているため，容易に相互 通信できない 通信環境や家庭用ルータ ( NATbox ) の種類に応じた NAT 越えをユーザ透過に行うシステムを提案する.

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各種ルータに対応する P2P 通信環境に関する研究

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  1. 各種ルータに対応するP2P通信環境に関する研究各種ルータに対応するP2P通信環境に関する研究 学籍番号 200511206 情報科学主専攻鈴木良平 指導教員　　　朴泰祐

  2. 背景と目的 • P2P環境上での，Volunteer Computingに関する研究が盛んに行われている • 多数の遊休状態のPCをP2P環境上で接続して，分散コンピューティングに利用 • 例:BOINC 家庭や企業に散在しているPCはNATやファイアウォールによって守られているため，容易に相互通信できない • 通信環境や家庭用ルータ(NATbox)の種類に応じたNAT越えをユーザ透過に行うシステムを提案する

  3. 現在のNAT越え技術 • リレー方式 • サーバなどを介した通信 • UDP hole punching • あらゆるNATboxに対応しているが，UDP通信 • TCP hole punching • TCP通信でNAT越えを行うが，すべてのNATboxで行えない • UPnP(Universal Plug and Play) • 特定のポートを開けれるが，操作できないNATboxがある • 先行研究 • RI2N/UDPを用いたP2Pオーバレイネットワーク「岡本 2006」 • 上記のようなNAT越え技術(通信モジュール)の実装，そして，実装した通信モジュールを用いてTCP，UDP通信をユーザ透過に行うシステムの実装

  4. NAT越え技術の使用例 • UDP hole punching • Skype • IP電話，テレビ会議用アプリケーション • UPnP • Windows Messenger • インスタントメッセージの交換などを行うアプリケーション

  5. システムの概念 通信相手がNATboxに保護されていたら，リレー方式，UPnP，UDP holepunchingなど利用 • 今回はUPnPモジュールと，UDP hole punchingモジュールを実装し，これら２つの通信モジュールに優先度をつけてノード間通信を行うシステムを実装 各ノードとそれを保護しているNATboxの種類に応じて， 自動的に通信方式を選択する 通信相手がNATboxに保護されていないなら，NAT越え技術は必要ない

  6. UDP hole punchingモジュール • 宛先を指定してUDPパケットを送信しただけではパケットは通信相手のNATboxによって破棄される • UDPパケットを何度か送信することでNATboxのポートを開け，通信相手と開いたポートを用いて通信をする

  7. UPnPモジュール • UPnPデバイス開発用のライブラリとしてUPnP SDKを使用 • UPnP対応NATboxをSSDP (Simple Service Discovery Protocol) によって検索 • 発見できたら，NATboxの情報がXMLで記述されたURLの記載されたメッセージを受信 • NATboxの操作専用URLにAction命令を送信することで，操作する • グローバルアドレスの取得 • TCPもしくはUDPのポートを開く

  8. システムの構成(1) • サーバと接続 • 自分の情報の登録 • 通信相手の検索 • 通信相手を発見できたら，サーバに指示された通信方式を用いる

  9. システムの構成(2) • サーバ • 接続されたノードの情報を登録 • ノードの情報から通信方式を選択する • 通信する両ノードのうち • 片方だけUPnP対応NATboxによって保護されていたら，その内側のノードをインバウンド通信側とし，もう一方のノードをアウトバウンド通信側とする • 両方UPnP非対応NATboxだったら，UDP hole punchingを選択 • ノードに通信相手の情報と，通信方式の情報を送信する • UPnPモジュールとUDP hole punchingモジュールを統合したことで，TCP，UDP通信をユーザ透過に行うことが可能

  10. 評価環境 評価内容:各通信モジュールのスループット NATboxはすべて100Mbps対応

  11. 評価結果 • NATbo2のノードがアウトバウンド側， NATbox1のノードがインバウンド側 • UDP hole punching以外は Iperf2.0.2 を用いて測定 （NATbox1 → NATbox2） • UPnPモジュールによって，NATboxの設定を行うのに約6秒かかった • UDP hole punchingによってポートを開けるのに約20ｍ秒かかった

  12. まとめ • 2つのNAT越え技術を統合し，ユーザ透過にした • UDP hole punchingとUPnPを適切に用いて，ノード間の通信に成功した • 今後の課題 • 通信モジュールの種類を増やす • UDP hole punchingを用いたストリーム通信の実装 　先行研究のRI2N/UDPを用いることを検討する • DHT (Distributed Hash Table) を用いたサーバの実装

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